Polarizatsiyalangan yorug'likni birinchi bo'lib kim kashf etganini ajratib ko'rsatish qiyin. Qadimgi odamlar osmonga ma'lum yo'nalishlarda qarab, o'ziga xos joyni payqashlari mumkin edi. Polarizatsiya juda ko'p g'alati xususiyatlarga ega, hayotning turli sohalarida o'zini namoyon qiladi va bugungi kunda u ommaviy tadqiqot va qo'llash mavzusidir, hamma narsaning sababi Malus qonunidir.
Polarizatsiyalangan yorug'likning kashf etilishi
Vikinglar navigatsiya qilish uchun osmon qutblanishidan foydalangan boʻlishi mumkin. Agar ular buni qilmasalar ham, ular Islandiyani va ajoyib k altsit toshini aniqladilar. Islandiya shpati (k altsit) hatto o'z davrida ham ma'lum bo'lgan, u o'z nomini Islandiya aholisiga bog'lagan. Mineral o'zining noyob optik xususiyatlari tufayli bir vaqtlar navigatsiyada ishlatilgan. U qutblanishning zamonaviy kashfiyotida katta rol o‘ynadi va yorug‘likning qutblanish komponentlarini ajratish uchun tanlangan material bo‘lib qolmoqda.
1669-yilda Kopengagen universitetidan daniyalik matematik Erasmus Bartolinus nafaqat qoʻsh nurni koʻrgan, balki 60 sahifalik xotira kitobini yozib, baʼzi tajribalar ham qilgan. Buqutblanish effektining birinchi ilmiy tavsifi bo'lgan va muallifni yorug'likning bu ajoyib xususiyatining kashfiyotchisi deb hisoblash mumkin.
Kristian Gyuygens yorug'likning impulsli to'lqin nazariyasini ishlab chiqdi, u 1690 yilda o'zining mashhur Traite de la Lumiere kitobida nashr etgan. Shu bilan birga, Isaak Nyuton "Optika" (1704) kitobida yorug'likning korpuskulyar nazariyasini ilgari surdi. Oxir-oqibat, ikkalasi ham to'g'ri va noto'g'ri edi, chunki yorug'lik ikki tomonlama xususiyatga ega (to'lqin va zarracha). Ammo Gyuygens jarayonning zamonaviy tushunchasiga yaqinroq edi.
1801-yilda Tomas Yang mashhur ikki tirqishli interferensiya tajribasini amalga oshirdi. Yorug'lik o'zini to'lqin kabi tutishi va to'lqinlarning superpozitsiyasi qorong'ilikka olib kelishi mumkinligini isbotladi (buzg'unchi interferensiya). U o'z nazariyasini Nyuton halqalari va g'ayritabiiy kamalak yoylari kabi narsalarni tushuntirish uchun ishlatgan. Bir necha yil o'tgach, Yung qutblanish yorug'likning ko'ndalang to'lqinli tabiati bilan bog'liqligini ko'rsatganida, fandagi yutuq yuz berdi.
Yosh Etyen Lui Malyu notinch davrda - Frantsiya inqilobi va terror hukmronligi davrida yashadi. U Napoleon armiyasi bilan birga Misrga, shuningdek, Falastin va Suriyaga bostirib kirishda qatnashgan va u yerda bir necha yil o‘tib o‘ldirilgan vaboni yuqtirgan. Ammo u qutblanishni tushunishga muhim hissa qo'shishga muvaffaq bo'ldi. Polarizator orqali o'tadigan yorug'lik intensivligini bashorat qilgan Malus qonuni 21-asrda suyuq kristall ekranlarni yaratishda eng mashhurlaridan biriga aylandi.
Ser Devid Bryuster, taniqli fan yozuvchisi, dikroizm va spektrlar kabi optik fizika fanlarini o'rgangan.yutilish, shuningdek, stereo fotografiya kabi mashhurroq mavzular. Brewsterning mashhur iborasi ma'lum: "shishadan boshqa hamma narsa shaffof".
U yorug'likni o'rganishga ham bebaho hissa qo'shgan:
- "Polarizatsiya burchagi"ni tavsiflovchi qonun.
- Kaleydoskop ixtirosi.
Brewster Malusning ko'plab qimmatbaho toshlar va boshqa materiallar bo'yicha tajribalarini takrorlab, shishadagi anomaliyani topdi va qonunni kashf etdi - "Bryuster burchagi". Unga ko'ra, "…nur qutblanganda, aks ettirilgan nur singan nur bilan to'g'ri burchak hosil qiladi."
Malus qutblanish qonuni
Polarizatsiya haqida gapirishdan oldin, birinchi navbatda yorug'lik haqida eslashimiz kerak. Yorug'lik to'lqindir, garchi ba'zida u zarracha bo'lsa ham. Lekin har qanday holatda, yorug'likni chiroqdan ko'zlarga o'tayotganda to'lqin, chiziq deb hisoblasak, qutblanish mantiqiy bo'ladi. Ko'pgina yorug'lik - bu barcha yo'nalishlarda tebranadigan yorug'lik to'lqinlarining aralash chalkashligi. Bunday tebranish yo'nalishi yorug'likning qutblanishi deb ataladi. Polarizator - bu tartibsizlikni tozalaydigan qurilma. U yorug'likni aralashtirgan har qanday narsani qabul qiladi va faqat ma'lum bir yo'nalishda tebranadigan yorug'likdan o'tadi.
Malus qonunining formulasi: analizatorga butunlay tekis qutblangan yorug’lik tushganda, analizator o’tkazayotgan yorug’likning intensivligi analizatorning o’tkazuvchi o’qlari bilan burchak kosinusining kvadratiga to’g’ri proportsional bo’ladi. polarizator.
Koʻndalang elektromagnit toʻlqin ham elektr, ham magnit maydonni oʻz ichiga oladi va yorugʻlik toʻlqinidagi elektr maydoni yorugʻlik toʻlqinining tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar. Yorug'lik tebranish yo'nalishi elektr vektor E.
Oddiy qutblanmagan nur uchun yorug'lik polaroiddan o'tganda elektr vektori o'z yo'nalishini tasodifiy o'zgartiradi, natijada olingan yorug'lik polarizatsiyalangan tekislik bo'lib, uning elektr vektori ma'lum bir yo'nalishda tebranadi. Chiqayotgan nur vektorining yo'nalishi polaroidning yo'nalishiga bog'liq va polarizatsiya tekisligi E-vektor va yorug'lik nurini o'z ichiga olgan tekislik sifatida yaratilgan.
Quyidagi rasmda vertikal vektor EI va gorizontal vektor EII tufayli tekis qutblangan yorugʻlik koʻrsatilgan.
Qutblanmagan yorug'lik Polaroid P 1 orqali, keyin esa Polaroid P 2 orqali o'tib, y ax-s bilan th burchak hosil qiladi. X yo'nalishi bo'ylab tarqaladigan yorug'lik Polaroid P 1 orqali o'tgandan so'ng, qutblangan yorug'lik bilan bog'langan elektr vektor faqat y o'qi bo'ylab tebranadi.
Endi bu qutblangan nurni yana qutblangan P 2 dan o’tishiga imkon bersak, y o’qi bilan th burchak hosil qilsak, u holda E 0 P 2 ga tushayotgan elektr maydonining amplitudasi bo’lsa, u holda amplitudasi bo’ladi. P 2 dan chiqadigan to'lqin E 0 costh ga teng bo'ladi va shuning uchun chiquvchi nurning intensivligi Malus qonuniga (formula) muvofiq bo'ladi I=I 0 cos 2 th
bu erda I 0 - th=0 bo'lganda P 2 dan chiqadigan nurning intensivligith - analizator va polarizatorning uzatish tekisliklari orasidagi burchak.
Yorug'lik intensivligini hisoblash misoli
Malus qonuni: I 1=I o cos 2 (q);
bu yerda q - yorugʻlik qutblanish yoʻnalishi va polarizator uzatish oʻqi orasidagi burchak.
I o=16 Vt/m 2 intensivlikdagi qutblanmagan yorug’lik bir juft qutblashtirgichga tushadi. Birinchi polarizator vertikaldan 50° masofada hizalangan uzatish o'qiga ega. Ikkinchi polarizator uzatish o'qi vertikaldan 20o masofada hizalangan.
Malus qonuni sinovi birinchi polarizatordan chiqqanda yorugʻlik qanchalik kuchli ekanligini hisoblash orqali amalga oshirilishi mumkin:
4 Vt/m 2
16 cos 2 50o
8 Vt/m 2
12 Vt/m 2
Nur polarizatsiyalanmagan, shuning uchun I 1=1/2 I o=8 Vt/m 2.
Ikkinchi polarizatordan yorugʻlik intensivligi:
I 2=4 Vt/m 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 Vt/m 2
Malus qonunidan keyin, uning formulasi yorug'lik birinchi polarizatordan chiqqanda 50o da chiziqli qutblanishni tasdiqlaydi. Bu va ikkinchi polarizatorning uzatish o'qi o'rtasidagi burchak 30 ° ga teng. Shuning uchun:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 Vt/m 2.
Endi intensivligi 16 Vt/m 2 boʻlgan yorugʻlik dastasining chiziqli qutblanishi bir xil polarizator juftiga toʻgʻri keladi. Tushgan yorug'likning qutblanish yo'nalishi vertikaldan 20o.
Birinchi va ikkinchi polarizatorlardan chiqadigan yorugʻlik intensivligi. Har bir polarizatordan o'tib, intensivlik 3/4 marta kamayadi. Birinchi polarizatorni tark etgandan keyinintensivlik 163/4 =12 Vt/m2 va ikkinchidan o'tgandan keyin 123/4 =9 Vt/m2 gacha kamayadi.
Malusiyaning qutblanish qonunida aytilishicha, yorugʻlikni bir qutblanish yoʻnalishidan boshqasiga aylantirish uchun koʻproq polarizatorlar yordamida intensivlik yoʻqolishi kamayadi.
Polarizatsiya yoʻnalishini 90o ga aylantirishingiz kerak deylik.
| N, polarizatorlar soni | Keyingi polarizatorlar orasidagi burchak | I 1 / I o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [chunki 2 (90 o / N)] N |
Brewsterning aks ettirish burchagini hisoblash
Yorug’lik sirtga tushganda yorug’likning bir qismi aks etadi va bir qismi uning ichiga o’tadi (sindiriladi). Bu aks ettirish va sinishning nisbiy miqdori yorug'lik orqali o'tadigan moddalarga, shuningdek, yorug'likning sirtga tushish burchagiga bog'liq. Moddalarga qarab, yorug'likning iloji boricha sinishi (kirish) imkonini beruvchi optimal burchak mavjud. Bu optimal burchak shotland fizigi Devid Bryusterning burchagi sifatida tanilgan.
Burchakni hisoblangOddiy qutblangan oq yorug'lik uchun Brewster quyidagi formula bo'yicha ishlab chiqariladi:
teta=arktan (n1 / n2), bu erda teta - Brewster burchagi, n1 va n2 esa ikkita muhitning sinishi ko'rsatkichlari.
Shisha orqali yorug'likning maksimal kirib borishi uchun eng yaxshi burchakni hisoblash uchun - sindirish ko'rsatkichi jadvalidan biz havo uchun sindirish ko'rsatkichi 1,00, shisha uchun esa 1,50 ekanligini aniqlaymiz.
Brewster burchagi arktan (1,50 / 1,00)=arktan (1,50)=56 daraja (taxminan).
Suvning maksimal kirib borishi uchun eng yaxshi yorug'lik burchagini hisoblash. Sindirish ko'rsatkichlari jadvalidan havoning sinishi ko'rsatkichi 1,00 ga, suvning sinishi ko'rsatkichi esa 1,33 ga teng ekanligi ko'rinadi.
Brewster burchagi arktan (1,33 / 1,00)=arktan (1,33)=53 daraja (taxminan).
Polarizatsiyalangan yorug'likdan foydalanish
Oddiy oddiy odam polarizatorlar dunyoda qanchalik intensiv qo'llanilishini tasavvur ham qila olmaydi. Malus qonuni nurining qutblanishi bizni hamma joyda o'rab oladi. Misol uchun, Polaroid quyosh ko'zoynaklari kabi mashhur narsalar, shuningdek, kamera linzalari uchun maxsus polarizatsiya filtrlaridan foydalanish. Turli ilmiy asboblar lazerlar yoki qutblanuvchi cho'g'lanma lampalar va lyuminestsent manbalar tomonidan chiqariladigan qutblangan yorug'likdan foydalanadi.
Polarizatorlar ba'zan xona va sahna yoritgichlarida porlashni kamaytirish va bir tekisroq yoritishni ta'minlash uchun hamda 3D filmlarga ko'rinadigan chuqurlik hissi berish uchun ko'zoynak sifatida ishlatiladi. Hatto kesishgan polarizatorlarKosmonavt uyqu paytida ko'zlariga tushadigan yorug'lik miqdorini keskin kamaytirish uchun kosmik kostyumlarda ishlatiladi.
Tabiatdagi optika sirlari
Nega moviy osmon, qizil quyosh botishi va oq bulutlar? Bu savollar bolalikdan hammaga ma'lum. Malus va Brewster qonunlari bu tabiiy ta'sirlar uchun tushuntirishlar beradi. Bizning osmonimiz quyosh tufayli juda rang-barang. Uning yorqin oq nurida kamalakning barcha ranglari mavjud: qizil, to'q sariq, sariq, yashil, ko'k, indigo va binafsha. Muayyan sharoitlarda odam kamalakni yoki quyosh botishini yoki kulrang kech oqshomni uchratadi. Quyosh nurlarining “tarqalishi” tufayli osmon moviy. Moviy rang boshqa ranglarga qaraganda qisqaroq toʻlqin uzunligi va koʻproq energiyaga ega.
Natijada ko'k rang havo molekulalari tomonidan tanlab so'riladi va keyin yana barcha yo'nalishlarda chiqariladi. Boshqa ranglar kamroq tarqalgan va shuning uchun odatda ko'rinmaydi. Peshin quyoshi ko'k rangini o'zlashtirgandan keyin sariq rangga ega. Quyosh chiqishi yoki quyosh botishida quyosh nuri past burchak ostida kiradi va atmosferaning katta qalinligidan o'tishi kerak. Natijada, ko'k rang yaxshilab tarqaladi, shuning uchun uning ko'p qismi havo tomonidan butunlay so'riladi, yo'qoladi va boshqa ranglar, ayniqsa to'q sariq va qizil ranglar yo'qoladi va ulug'vor rang ufqini yaratadi.
Quyosh nurlarining ranglari Yerdagi biz sevadigan barcha ranglar uchun ham javobgardir, xoh u yashil maysa, xoh firuza okeani. Har bir ob'ektning yuzasi aks ettirish uchun o'ziga xos ranglarni tanlaydio'zingizni farqlang. Bulutlar ko'pincha yorqin oq rangga ega, chunki ular har qanday rangdagi ajoyib reflektor yoki diffuzerdir. Barcha qaytarilgan ranglar neytral oq rangga qo'shiladi. Ba'zi materiallar sut, bo'r va shakar kabi barcha ranglarni bir xilda aks ettiradi.
Astronomiyada qutblanish sezuvchanligining ahamiyati
Uzoq vaqt davomida Malyus qonunini, astronomiyada qutblanish ta'sirini o'rganish e'tibordan chetda qoldi. Starlight deyarli butunlay qutblanmagan va standart sifatida ishlatilishi mumkin. Astronomiyada qutblangan yorug'likning mavjudligi bizga yorug'lik qanday yaratilganligini aytib berishi mumkin. Ba'zi o'ta yangi yulduzlarda chiqadigan yorug'lik qutbsiz emas. Yulduzning koʻrilayotgan qismiga qarab, boshqa qutblanishni koʻrish mumkin.
Tumanlikning turli hududlaridan yorugʻlikning qutblanishi haqidagi bu maʼlumot tadqiqotchilarga soyali yulduzning joylashuvi haqida maʼlumot berishi mumkin.
Boshqa hollarda, qutblangan yorug'likning mavjudligi ko'rinmas galaktikaning butun qismi haqidagi ma'lumotlarni ochib berishi mumkin. Astronomiyada polarizatsiyaga sezgir o'lchovlardan yana bir foydalanish magnit maydonlarning mavjudligini aniqlashdir. Quyosh tojidan chiqadigan yorug'likning o'ziga xos ranglarining dumaloq qutblanishini o'rganish orqali olimlar bu joylarda magnit maydon kuchi haqida ma'lumotga ega bo'lishdi.
Optik mikroskop
Polarizatsiyalangan yorug'lik mikroskopi ko'rinadigan namunalarni kuzatish va suratga olish uchun mo'ljallangan.ularning optik anizotrop tabiati. Anizotrop materiallar optik xususiyatlarga ega bo'lib, ular orqali o'tadigan yorug'likning tarqalish yo'nalishi bilan o'zgaradi. Ushbu vazifani bajarish uchun mikroskop namuna oldidagi yorug'lik yo'liga joylashtirilgan polarizator va ob'ektiv orqa diafragma va ko'rish naychalari yoki kamera porti orasidagi optik yo'lda joylashtirilgan analizator (ikkinchi polarizator) bilan jihozlangan bo'lishi kerak..
Polarizatsiyaning biotibbiyotda qoʻllanilishi
Bugungi kunda bu mashhur tendentsiya bizning tanamizda optik jihatdan faol bo'lgan ko'plab birikmalar mavjudligiga asoslanadi, ya'ni ular orqali o'tadigan yorug'likning qutblanishini aylantira oladi. Har xil optik faol birikmalar yorug'likning qutblanishini turli miqdorlarda va turli yo'nalishlarda aylantirishi mumkin.
Ba'zi optik faol kimyoviy moddalar ko'z kasalliklarining dastlabki bosqichlarida yuqori konsentratsiyalarda mavjud. Shifokorlar bu bilimlarni kelajakda ko'z kasalliklarini tashxislash uchun ishlatishlari mumkin. Tasavvur qilish mumkinki, shifokor bemorning ko'ziga qutblangan yorug'lik manbasini yoritadi va retinada aks ettirilgan nurning qutblanishini o'lchaydi. Ko'z kasalliklarini tekshirish uchun invaziv bo'lmagan usul sifatida ishlatiladi.
Zamonaviylik tuhfasi - LCD displey
Agar siz LCD displeyga diqqat bilan qarasangiz, tasvir toʻrda joylashgan rangli kvadratlarning katta massivi ekanligini koʻrasiz. Ularda ular Malus qonunining qo'llanilishini topdilar,Har bir kvadrat yoki piksel o'z rangiga ega bo'lgan sharoitlarni yaratgan jarayon fizikasi. Bu rang har bir intensivlikdagi qizil, yashil va ko'k yorug'likning kombinatsiyasidir. Bu asosiy ranglar inson koʻzi koʻradigan har qanday rangni takrorlay oladi, chunki bizning koʻzlarimiz trikromatikdir.
Boshqacha qilib aytganda, ular uchta rang kanalining har birining intensivligini tahlil qilish orqali yorug'likning o'ziga xos to'lqin uzunliklarini taxmin qiladilar.
Displeylar bu kamchilikdan foydalanib, har bir retseptor turini tanlab moʻljallangan uchta toʻlqin uzunligini koʻrsatadi. Suyuq kristall faza asosiy holatda mavjud bo'lib, unda molekulalar qatlamlarga yo'n altirilgan va har bir keyingi qatlam bir oz buralib, spiral shakl hosil qiladi.
7-segmentli LCD displey:
- Ijobiy elektrod.
- Salbiy elektrod.
- Polarizator 2.
- Display.
- Polarizator 1.
- Suyuq kristall.
Bu erda LCD displey elektrodlar bilan jihozlangan ikkita shisha plastinka orasida joylashgan. Suyuq kristallar deb ataladigan "burmalangan molekulalar" bilan shaffof kimyoviy birikmalarning LCD displeylari. Ba'zi kimyoviy moddalardagi optik faollik hodisasi ularning qutblangan yorug'lik tekisligini aylantirish qobiliyatiga bog'liq.
Stereopsis 3D filmlar
Polarizatsiya inson miyasiga ikkita tasvir orasidagi farqni tahlil qilib, 3D-ni soxtalashtirish imkonini beradi. Insonlar 3D ko‘ra olmaydi, bizning ko‘zlarimiz faqat 2D ko‘rishi mumkin. Tasvirlar. Biroq, bizning miyamiz har bir ko'z ko'rgan narsadagi farqlarni tahlil qilish orqali ob'ektlar qanchalik uzoqligini tushunishi mumkin. Bu jarayon Stereopsis deb nomlanadi.
Bizning miyamiz faqat psevdo-3Dni koʻra olgani uchun kinoijodkorlar gologrammalarga murojaat qilmasdan bu jarayondan foydalanib, uch oʻlchamli illyuziyani yaratishi mumkin. Barcha 3D filmlar har bir ko'z uchun bittadan ikkita fotosuratni taqdim etish orqali ishlaydi. 1950-yillarga kelib, polarizatsiya tasvirni ajratishning asosiy usuliga aylandi. Teatrlarda bir vaqtning o'zida ikkita proyektor ishlay boshladi, har bir ob'ektiv ustida chiziqli polarizator mavjud.
Hozirgi 3D filmlar avlodi uchun texnologiya orientatsiya muammosini hal qiluvchi aylana polarizatsiyasiga oʻtdi. Ushbu texnologiya hozirda RealD tomonidan ishlab chiqariladi va 3D bozorining 90% ni tashkil qiladi. RealD soat yo'nalishi bo'yicha va teskari polarizatsiya o'rtasida juda tez almashadigan dumaloq filtrni chiqardi, shuning uchun ikkita o'rniga faqat bitta proyektor ishlatiladi.
